电子捕获检测器(ECD)

电子捕获检测器(ECD)也是一种离子化检测器,它可以与氢焰检测器共用一个放大器,其应用仅次于热导检测器和氢焰检测器。

1. ECD结构和工作原理

①结构

SF6 GAS LEAK DETECTOR Q200 ECD

电子捕获检测器的结构如上图所示。电子捕获检测器的主体是电离室,目前广泛采用的是圆筒状同轴电极结构。阳极是外径约2mm的铜管或不锈钢管,金属池体为阴极。离子室内壁装有β射线放射源,常用的放射源是63Ni。在阴极和阳极间施加一直流或脉冲极化电压。载气用N2或Ar。

 

②检测原理

当载气(N2)从色谱柱流出进入检测器时,放射源放射出的β射线,使载气电离,产生正离子及低能量电子:

Q200 ECD1

 

这些带电粒子在外电场作用下向两电极定向流动,形成了约为10-8A的离子流,即为检测器基流。

当电负性物质AB进入离子室时,因为AB有较强的电负性,可以捕获低能量的电子,而形成负离子,并释放出能量。电子捕获反应如下:

Q200 ECD2

反应式中,E为反应释放的能量。

 

电子捕获反应中生成的负离子AB-与载气的正离子N2+复合生成中性分子。反应式为:

Q200 ECD3

由于电子捕获和正负离子的复合,使电极间电子数和离子数目减少,致使基流降低,产生了样品的检测信号。由于被测样品捕获电子后降低了基流,所以产生的电信号是负峰,负峰的大小与样品的浓度成正比,这正是ECD的定量基础。实际过程中,常可通过改变极性使负峰变为正峰。

 

2. 性能特征及应用

ECD是一种灵敏度高,选择性强的检测器。ECD只对具有电负性的物质,如含S、P、卤素的化合物,金属有机物及含羰基、硝基、共轭双键的化合物有输出信号;而对电负性很小的化合物,如烃类化合物等,只有很小甚至无输出信号。被测物的电负性越大,ECD的检测限越小(可达10-12~10-14g),所以ECD特别适合于分析痕量电负性化合物。虽然ECD的线性范围较窄,仅有104左右,但ECD仍然被广泛用于生物、医药、农药、环保、金属螯合物及气象追踪等领域。

 

3. 操作条件的选择

①载气和载气流速

ECD一般采用N2作载气,载气必须严格纯化,彻底除去水和氧。

载气流速增加,基流随之增大,N2在100mL·min-1左右,基流最大,为了同时获得较好的柱分离效果和较高基流,通常采用在柱与检测器间引入补充的N2,以便检测器内N2达到最佳流量。

②检测器的使用温度

当电子捕获检测器采用3H作放射源时,检测器温度不能高于220℃;采用63Ni作放射源时,检测器最高使用温度可达400℃。

③极化电压

极化电压对基流和响应值都有影响,选择基流等于饱和基流值的85%时的极化电压为最佳极化电压。直流供电时,极化电压为20-40V;脉冲供电时,极化电压为30~50V。

④固定液的选择

为保证ECD正常使用,必须严格防止其放射源被污染。因此色谱柱的固定液必须选择低流

失、电负性小的,以防止其流失后污染放射源。当然,实际过程中,柱子必须充分老化后才能与

ECD联用。

⑤安全保障

63Ni是放射源,必须严格执行放射源使用、存放管理条例。拆卸、清洗应由专业人员进行。尾气必须排放到室外,严禁检测器超温。

4. 日常维护

①使用高纯度载气和尾吹气

ECD使用过程中必须保持整个系统的洁净,要求系统气密性好,主体纯度高(载气及尾吹气的纯度大于99.999%);

②使用耐高温隔垫和洁净样品

使用流失小的耐高温的隔垫,气化室洁净,柱流失少;使用洁净的样品;检测器温度必须高于柱温10℃以上;

③检测器的污染及其净化

若直流和恒频率方式ECD基流下降或恒电流方式基流增大,噪声增高,信噪比下降,或者基线漂移变大,线性范围变小,甚至出负峰,则表明ECD可能污染,必须要进行净化。目前常用的净化方法是将载气或尾吹气换成H2,调流速至30~40 mL·min-1。气化室和柱温为室温,将检测器升至300~350℃,保持18~24h,使污染物在高温下与氢作用而除去。这种方法称之为"氢烘烤"。氢烘烤毕,将系统调回至原状态,稳定数小时即可。

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